JP3926643B2 - アルミニウムパイプ製フレームの製造方法 - Google Patents
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Description
【０００１】
【技術分野】
本発明は、アルミニウムパイプ製フレームの製造方法に係り、特に、アルミニウム製の角パイプの複数が互いに組み付けられて、一体的に接合されている一方、かかる角パイプの少なくとも１本が屈曲せしめられてなる構造のアルミニウムパイプ製フレームを有利に製造する方法に関するものである。
【０００２】
【背景技術】
従来から、自動車や船舶、或いは建造物等の様々な構造物の骨組を与えるフレームが、各種の金属材料等を用いて、構成されているが、その中でも、アルミニウム若しくはアルミニウム合金製のパイプの複数を互いに組み付けて、一体的に接合せしめてなる、所謂アルミニウムパイプ製フレームは、アルミニウムパイプの使用による軽量化が達成されるばかりでなく、アルミニウムパイプの全体形状や断面形状の最適化によって高い剛性が発揮されることとなる。このため、近年では、特に、燃費の向上等の点から軽量化が強く望まれる自動車等のフレームに対して、一体型や部分型の形態を問わず、アルミニウムパイプ製フレームが、徐々に適用され始めてきているのである。
【０００３】
ところで、そのようなアルミニウムパイプ製フレームを製造する際には、一般に、パイプ同士を互いに接触するように組み付ける一方、その接触部のそれぞれをアーク溶接（ＭＩＧ溶接やＴＩＧ溶接）等にて溶接せしめることにより、パイプ同士を、各接触部において一体的に接合する方法が、採用されている。
【０００４】
ところが、かくの如き従来のアルミニウムパイプ製フレームの製造方法によって、例えば、アルミニウム製の角パイプの複数が互いに組み付けられて、一体的に接合されている一方、かかる角パイプの少なくとも１本が屈曲せしめられてなる構造のフレームを製造する場合には、予め屈曲せしめられた角パイプに対して、それとは別の角パイプを接触させた状態で組み付けられて、それらの角パイプ同士が、その接触部において、互いにアーク溶接されることとなるのであるが、その際に、以下に示す如き問題が、生じていたのである。
【０００５】
すなわち、従来手法では、予め屈曲せしめられた角パイプとそれに組み付けられる角パイプとの接合が、それらの接触部を溶融せしめることからなる溶融溶接となるところから、溶接時の多大な入熱により熱歪みが生じて、屈曲せしめられた角パイプの曲げ精度が低下してしまうことが避けられなかったのであり、それ故に、そのような曲げ精度の低い屈曲角パイプに対して、更に別の角パイプを接触させた状態で組み付けて、溶接しようとすると、それら溶接されるべき角パイプ同士の接触面の間に隙間や段差等が生じることとなって、溶接精度（接合精度）が著しく低下するといった重大な問題が、惹起せしめられていたのである。
【０００６】
【解決課題】
ここにおいて、本発明は、上述せる如き事情を背景にして為されたものであって、その解決課題とするところは、アルミニウム製の角パイプの複数が互いに組み付けられて、一体的に接合されている一方、かかる角パイプの少なくとも１本が屈曲せしめられてなる構造のアルミニウムパイプ製フレームを、屈曲せしめられた角パイプの曲げ精度の低下を効果的に防止乃至は抑制することで、高い接合精度を確保しつつ、有利に製造することが出来る手法を提供することにある。
【０００７】
【解決手段】
そして、本発明にあっては、かかる課題の解決のために、アルミニウム製の角パイプの複数が互いに組み付けられて、一体的に接合されている一方、かかる角パイプの少なくとも１本が屈曲せしめられてなる構造のアルミニウムパイプ製フレームを製造するに際して、前記角パイプの幾つかを互いに接触させた状態で組み付けて、その接触部に対する摩擦撹拌接合操作を行なうことにより、該接触部の少なくとも一部を接合せしめた後、それら接触部の少なくとも一部において接合された角パイプのそれぞれの非接合部分を屈曲せしめて、目的とする前記アルミニウムパイプ製フレームの一部を与える構成部品を形成し、その後、かくして形成された構成部品の複数を互いに接触させた状態で組み付けて、一体的に接合する工程を含むことを特徴とするアルミニウムパイプ製フレームの製造方法を、その要旨とするものである。
【０００８】
要するに、この本発明に従うアルミニウムパイプ製フレームの製造方法においては、屈曲せしめられた角パイプを含んでなる、目的とするアルミニウムパイプ製フレームの一部を構成する構成部品を形成した後、そのような構成部品同士や、構成部品と真っ直ぐな角パイプとを、それぞれ一体的に接合することによって、目的とするアルミニウムパイプ製フレームを製造するようにしたものであって、特に、上述の如き構成部品を形成する際に、それを与える幾つかの角パイプ同士の接触部の接合操作として、摩擦撹拌接合操作、即ち、例えば、接触部に対して、ロッド状の回転治具の先端に同心的に設けたピンを、回転治具と共に一体に回転させつつ差し込み、相対的に移動させることにより、接触部を溶融せしめることなく、その少なくとも一部を接合せしめる接合操作が採用されているところから、構成部品を形成する際における角パイプ同士の接合時の接触部への入熱が少なくされて、角パイプのそれぞれにおける熱歪みの発生が有利に解消乃至は抑制され得るのである。
【０００９】
しかも、本発明手法においては、かかる摩擦撹拌接合操作により、角パイプ同士を接触部の少なくとも一部において接合せしめた後、非接合部分が屈曲せしめられて、所定の角パイプの所定箇所に屈曲部が形成されるようになっているため、予め屈曲せしめられた角パイプを他の角パイプに対して接合する場合とは異なって、その接合時における入熱に起因して、屈曲せしめられた角パイプの曲げ精度が低下するようなことも、効果的に皆無ならしめられ得るのである。
【００１０】
それ故、このような本発明に従うアルミニウムパイプ製フレームの製造方法にあっては、屈曲せしめられた角パイプを含む構成部品の形成過程で、かかる屈曲角パイプの曲げ精度が低下するようなことが、極めて有利に防止乃至は抑制され得るのであり、それによって、そのような構成部品同士や、構成部品と真っ直ぐな角パイプとを、それぞれ互いに接触させた状態で組み付けて、一体的に接合する際に、接合されるべき角パイプ同士の接触面の間に隙間や段差等が生じるようなことも、効果的に解消され得ることとなるのである。
【００１１】
従って、かくの如き本発明に従うアルミニウムパイプ製フレームの製造方法によれば、アルミニウム製の角パイプの複数が互いに組み付けられて、一体的に接合されている一方、かかる角パイプの少なくとも１本が屈曲せしめられてなる構造のアルミニウムパイプ製フレームが、屈曲せしめられた角パイプの曲げ精度の低下を招くことなく、それによって、高い接合精度を十分に確保しつつ、極めて有利に製造され得るのである。そして、その結果として、優れた接合品質と所望の形状を有し、しかも軽量性に富んだアルミニウムパイプ製フレームの製造が、有利に実現され得ることとなったのである。
【００１２】
なお、かかる本発明手法では、構成部品の複数を互いに接触させた状態で組み付けて、一体的に接合する工程において採用される接合方式が、特に限定されるものではなく、一般的な溶接方式や摩擦撹拌接合方式等が適宜に採用されることとなる。
【００１３】
そして、このような本発明に従うアルミニウムパイプ製フレームの製造方法の好ましい態様の一つによれば、前記複数の構成部品の一体的な接合が、それら複数の構成部品の接触部に対する摩擦撹拌接合操作を行なうことにより実現される。これによって、構成部品同士を接触部において接合する際における、それら構成部品の接触部への入熱が少なく為され得て、構成部品のそれぞれにおける熱歪みの発生も有利に解消乃至は抑制され得、以て、各構成部品の屈曲せしめられた角パイプの曲げ精度がより十分に確保され得ると共に、接合部における残留応力も可及的に小さく為され得るのであり、その結果として、更に一層高度な接合品質と形状精度に優れたアルミニウムパイプ製フレームを製造することが可能となるのである。
【００１４】
また、本発明に従うアルミニウムパイプ製フレームの製造方法の別の有利な態様の一つによれば、接合されるべき前記幾つかの角パイプのうちの一つを、その端面において、他の一つに突き合わせることにより接触させた状態で組み付けて、その接触部に対する摩擦撹拌接合操作を行なう際に、かかる摩擦撹拌接合操作の実施に先立って、該他の一つの角パイプに突き合わされる該一つの角パイプの内部に、該一つの角パイプの厚さ：ｔに対して、板厚：ｗが、次式：ｔ＜ｗ＜１０ｔを満たす寸法とされたアルミニウム製板材を、該一つの角パイプにおける、該摩擦撹拌接合操作により形成される接合部の内側に位置するように、挿入せしめるようにされる。これによって、角パイプ同士の突合せ部の接合時において、かかる突合せ部の周辺部位に座屈等が生ずるようなことが有利に回避され得、以て、角パイプ同士の突合せ部が、優れた接合品質と高度な接合強度とをもって、有利に接合され得るのである。
【００１５】
さらに、本発明に従うアルミニウムパイプ製フレームの製造方法の望ましい他の態様の一つによれば、前記接触部の少なくとも一部が接合された幾つかの角パイプのそれぞれにおける非接合部分を屈曲せしめた後、かかる屈曲部と、該屈曲部を有する角パイプが接合される他の角パイプとの間の隙間内にビードが充填されるように、それら屈曲部と他の角パイプとを、不活性ガスアーク溶接若しくはレーザー溶接により接合するようにされる。これによって、構成部品、ひいてはアルミニウムパイプ製フレーム全体の強度の向上が、より有利に図られ得ることとなる。
【００１６】
更にまた、本発明に従うアルミニウムパイプ製フレームの製造方法の更に別の有利な態様の一つによれば、前記目的とするアルミニウムパイプ製フレームが、自動車用フレームとして適用されることとなる。これによって、自動車用フレームの軽量化に加えて、接合品質と形状精度の向上が、有利に実現され得るのである。
【００１７】
また、本発明に従うアルミニウムパイプ製フレームの製造方法の好ましい他の態様の一つによれば、前記構成部品の複数を形成した後、それら構成部品の複数を互いに接触させた状態で組み付けて、一体的に接合する一方、互いに対向位置せしめられたアルミニウム製の２枚の面板間に、アルミニウム製のコアが少なくとも配置され、且つ少なくとも、それら２枚の面板とコアとが一体的に接合されてなるサンドイッチパネル若しくは押出形材を、該構成部品に接触させた状態で組み付けて、その接触部に対する摩擦撹拌接合操作を行なうことにより、それらサンドイッチパネル若しくは押出形材と該構成部品とを、該接触部の少なくとも一部において一体的に接合するようにされる。これによって、アルミニウムパイプ製フレームの形状精度を損ねることなく、その内側に、壁部材を有利に配設することが出来、以てフレーム全体の強度を効果的に高めることが可能となるばかりでなく、例えば、かかるサンドイッチパネルや押出形材を床部として利用することによって、床部が一体形成された自動車用フレーム等として、極めて有利に適用され得ることとなる。
【００１８】
さらに、本発明に従うアルミニウムパイプ製フレームの製造方法の望ましい更に他の態様の一つによれば、前記構成部品の複数を形成した後、それら構成部品の複数を互いに接触させた状態で組み付けて、一体的に接合する一方、該構成部品を与える前記角パイプとは別のアルミニウム製の角パイプの複数を、それぞれの側面において互いに接触させつつ、幅方向に並列的に並べると共に、それら複数の角パイプのうち、少なくとも、その幅方向の最も外側に位置せしめられる角パイプを該構成部品に接触させた状態で組み付けて、該角パイプの該構成部品との接触部と該角パイプ同士の接触部とに対する摩擦撹拌接合操作をそれぞれ行なうことにより、該複数の角パイプと該構成部品とを、各接触部の少なくとも一部においてそれぞれ一体的に接合するようにされる。このような構成を採用する場合にあっても、アルミニウムパイプ製フレーム全体の強度の向上が有利に図られ得ると共に、床部が一体形成された自動車用フレーム等への適用が、極めて有利に実現され得るのである。
【００１９】
また、構成部品を与える角パイプとは別の角パイプの複数が、該構成部品と接合される場合には、有利には、かかる構成部品を与える角パイプとは別の複数の角パイプのうちの少なくとも一つが、その内部に、制振材を有して構成されることとなる。これによって、アルミニウムパイプ製フレームに対して、優れた制振性能が付与され得て、例えば、自動車用フレーム等として、更に有利に適用され得ることとなるのである。
【００２０】
【発明の実施の形態】
以下、本発明を更に具体的に明らかにするために、本発明に係るアルミニウムパイプ製フレームの製造方法の構成について、図面を参照しつつ、詳細に説明することとする。
【００２１】
先ず、図１及び図２には、本発明手法に従って製造されたアルミニウムパイプ製フレームの一例として、自動車の一体型フレームの一種たる周囲型フレームが、その正面形態と側面形態とにおいて、それぞれ、概略的に示されている。それらの図からも明らかなように、フレーム１０は、矩形の横断面形状を有する６本の角パイプ１２ａ，１２ｂ，１４ａ，１４ｂ，１６ａ，１６ｂが、互いに組み付けられ、一体的に接合されている一方、それら６本の角パイプ１２ａ〜１６ｂのうちの４本の角パイプ１２ａ，１２ｂ，１４ａ，１４ｂが、コ字状に屈曲せしめられてなる構造を有している。
【００２２】
より具体的には、フレーム１０にあっては、コ字状に屈曲せしめられた４本の角パイプ１２ａ〜１４ｂのうち、それぞれ２本ずつが、全体としてＨ字形状を呈するように互いに接合される一方、それら４本の角パイプ１２ａ〜１４ｂのうちの２本の角パイプ１２ａ，１２ｂが、コ字状の開口側のそれぞれの端面において互いに突き合わされて、一体的に接合されており、また、その突合せ接合された２本のコ字状の角パイプ１２ａ，１２ｂとは別の２本のコ字状の角パイプ１４ａ，１４ｂに対して、真っ直ぐな角パイプ１６ａ，１６ｂが、それぞれ、コ字状の脚部に跨るようにして、一体的に接合されているのである。
【００２３】
なお、このようなフレーム１０を与える６本の角パイプ１２ａ〜１６ｂは、何れも、アルミニウム若しくはアルミニウム合金製の展伸材や鋳物材、押出材等からなっており、その材質は、特に限定されるものではなく、フレーム１０に対する要求品質等に応じて適宜に選択されるものではあるものの、ここでは、角パイプ１２ａ〜１６ｂのそれぞれの構成材料として、代表的な構造用材であって、且つ強度に優れた６０００系アルミニウム合金が、用いられている。
【００２４】
そして、そのような６本の角パイプ１２ａ〜１６ｂを用いて、フレーム１０を製造するに際しては、例えば、図３に示されるように、先ず、一直線に延びる２本の角パイプ１２ａ，１４ａを、幅方向に隣り合うようにして水平に並べ、且つ対応する側面同士において接触させた状態で配置する。このとき、これら２本の角パイプ１２ａ，１４ａの接触部１８が離間しないように、好ましくは、適当な拘束治具（図示せず）により、２本の角パイプ１２ａ，１４ｂが、取外し可能な状態で、変位不能に拘束される。
【００２５】
次いで、２本の角パイプ１２ａ，１４ｂの接触部１８に対する摩擦撹拌接合操作を行なうのであるが、本工程では、そのような摩擦撹拌接合操作が、図４に示されるように、先端部に鋼等の硬質材料からなるピン２０が同心的に設けられたロッド状の回転治具２２を用いて、実施される。
【００２６】
すなわち、かかる回転治具２２に設けられたピン２０を、回転治具２２と共に軸心回りに一体に高速回転させつつ、２本の角パイプ１２ａ，１４ａの接触部１８における、その長さ方向の中心部よりも一方側に所定寸法偏奇した位置に差し込み、更に、回転治具２２の先端面の一部が、２本の角パイプ１２ａ，１４ａの接触部１８の表面に当接するまで差し込むことにより、かかる接触部１８と、ピン２０及び回転治具２２の先端部との接触面において摩擦熱を発生させ、以て接触部１８の周辺部位を可塑化せしめる。そして、そのような接触部１８への差込み状態下でのピン２０の高速回転に伴う撹拌作用にて、接触部１８の周辺部位の組織を入り交じり合わせて、接合部を形成し、更に、かかるピン２０及び回転治具２２を接触部１８に沿って相対的に移動せしめることにより、２本の角パイプ１２ａ，１４ａを、その接触部１８において、溶融させることなく、一体的に接合せしめるのである。
【００２７】
なお、このとき、ピン２０及び回転治具２２が、接触部１８に対する相対移動によって、図４において二点鎖線で示される位置、つまり、接触部１８における、その長さ方向の中心部よりも他方側に所定寸法偏奇した位置に達した時点で、接触部１８から引き抜かれるのであり、それによって、２本の角パイプ１２ａ，１４ａが、接触部１８における長さ方向の中間部分のみに接合部（２４）が形成される一方、ピン２０が差し込まれたなかった両側端部部分が非接合部分（２６，２８）とされ、以て、そのような２本の角パイプ１２ａ，１４ａにて、その接触部１８の中間部分のみが部分的に一体接合された形態を有する接合体が形成されることとなる（図５参照）。
【００２８】
また、かかる本工程では、２本の角パイプ１２ａ，１４ａの接触部１８の接合操作が摩擦撹拌接合操作にて実施されて、それら２本の角パイプ１２ａ，１４ａの接触部１８が非溶融状態で接合されることになるところから、２本の角パイプ１２ａ，１４ａの接合時における接触部１８への入熱が少なくされて、角パイプ１２ａ，１４ａのそれぞれにおける熱歪みの発生が有利に解消乃至は抑制され、以て、互いに接合された角パイプ１２ａ，１４ａ同士において、幅方向に隣り合って水平に並んだ状態が可及的に維持され得るようになっているのである。
【００２９】
次ぎに、図５に示されるように、部分的に一体接合されてなる接合体の２本の角パイプ１２ａ，１４ａのそれぞれにおける両端部部分の非接合部分２６ａ，２８ａを、接合部２４を形成する、角パイプ１２ａ，１４ａのそれぞれの中間部分に対して直角となるように、公知のプレス成形等により曲げ加工して、角パイプ１２ａ、１４ａを、それぞれコ字状に屈曲せしめ、また、その一方で、図６に示される如く、２本の角パイプ１２ａ，１４ａのうちの一方の角パイプ１２ａの非接合部分２６ａ，２６ａの長さ方向中間部を山形状を呈するように、公知のプレス成形等により屈曲せしめる。これによって、２本の角パイプ１２ａ，１４ａが接触部１８の一部において接合されると共に、それら２本の角パイプ１２ａ，１４ａのそれぞれの非接合部分２６ａ，２８ａが屈曲せしめられ、更には、角パイプ１２ａの非接合部分２６ａ，２６ｂの長さ方向中間部に、山形屈曲部３８ａがそれぞれ設けられてなる、目的とするフレーム１０の一部を与える構成部品３０を形成するのである。
【００３０】
このとき、上述の如く、構成部品３０を与える２本の角パイプ１２ａ，１４ａのそれぞれにおいて、接合による熱歪みの発生が可及的に解消されていることに加えて、２本の角パイプ１２ａ，１４ａに対する曲げ加工が、それらの接合後に行なわれることとなるため、構成部品３０における角パイプ１２ａ，１４ａのそれぞれにおける、水平に並んで位置せしめられた状態での曲げ精度が、十分に高いレベルで確保されているのである。
【００３１】
そして、かくして構成部品３０を形成した後、必要に応じて、図７に示される如く、構成部品３０の２本の角パイプ１２ａ，１４ａにおいて、それらに対してコ字状の屈曲形態をそれぞれ与えるコ字状屈曲部３２ａ，３４ａ同士の間に形成される隙間内にビード３６が充填されるように、それら各コ字状屈曲部３２ａ，３４ａ同士を、公知の不活性ガスアーク溶接やレーザー溶接する。これによって、構成部品３０、ひいては目的とするフレーム１０全体の強度の向上が、有利に図られ得ることとなる。
【００３２】
その後、図８に示されるように、構成部品３０を与える２本の角パイプ１２ａ，１４ａのうち、一方の角パイプ１２ａの各非接合部分２６ａ，２６ａにおける、山形に屈曲せしめられた山形屈曲部３８ａ，３８ａの対向面間に、真っ直ぐな角パイプ１６ａを、その両端面が、各山形屈曲部３８ａ，３８ａのそれぞれの対向面となる内側側面に突き合わされるように配置する。なお、このとき、互いに突き合わされて、位置せしめられる、屈曲した角パイプ１２ａと真っ直ぐな角パイプ１６ａの突合せ部４０，４０が離間しないように、好ましくは、適当な拘束治具（図示せず）により、屈曲した角パイプ１２ａを含む構成部品３０と真っ直ぐな角パイプ１６ａとが、取外し可能な状態で、変位不能に拘束される。
【００３３】
そして、引き続いて、図９に示される如く、構成部品３０を与える２本の角パイプ１２ａ，１４ａの接触部１８を摩擦撹拌接合した際に用いられる回転治具２２を使用して、構成部品３０の角パイプ１２ａと真っ直ぐな角パイプ１６ａの突合せ部４０を、摩擦撹拌接合する。即ち、回転治具２２に設けられたピン２０を、回転治具２２と共に軸心回りに一体に高速回転させつつ、２本の角パイプ１２ａ，１６ａの突合せ部４０に差し込み、更に、回転治具２２の先端面の一部が、角パイプ１６ａの表面に当接するまで差し込むことにより、突合せ部４０と、ピン２０及び回転治具２２の先端部との接触面において摩擦熱を発生させ、以て突合せ部４０の周辺部位を可塑化せしめる。そして、そのような突合せ部４０への差込み状態下でのピン２０の高速回転に伴う撹拌作用にて、突合せ部４０の周辺部位の組織を入り交じり合わせて、接合部を形成し、更に、かかるピン２０及び回転治具２２を突合せ部４０に沿って、角パイプ１６ａの周方向に相対的に移動せしめることにより、２本の角パイプ１２ａ，１６ａを、その突合せ部４０において、溶融させることなく、一体的に接合せしめるのである。
【００３４】
なお、ここでは、図９からも明らかなように、角パイプ１２ａの山形屈曲部３８ａ，３８ａの内側側面に対する角パイプ１６ａの突合せ操作に先立って、角パイプ１６ａの両端部分の内部に（図９では、角パイプ１６ａの一方の端部分の内部のみを示した）、該角パイプ１６ａと同一材質の６０００系アルミニウム合金からなり、且つ角パイプ１６ａの両端部分の内部形状に対応した矩形形状を呈する裏当て板４２が、それぞれ挿入位置せしめられており、また、角パイプ１６ａが、その両端面おいて、角パイプ１２ａの山形屈曲部３８ａ，３８ａの内側側面に突き合わされた状態下で、角パイプ１６ａの両端部分内に挿入された裏当て板４２が、厚さ方向の一方の面において、角パイプ１２ａの山形屈曲部３８ａ，３８ａの各内側側面に当接して、位置せしめられるようになっている。
【００３５】
そして、そのような裏当て板４２の存在下で、それら角パイプ１２ａ，１６ａの突合せ部４０に対する摩擦撹拌接合操作が実施されているのであり、これによって、回転治具２２と共に一体に高速回転せしめられるピン２０を突合せ部４０に差し込んで相対移動させた際に、角パイプ１６ａの両端部分において座屈が生ずるようなことが阻止され得るようになっているのである。なお、この裏当て板４２の厚さ：ｗは、特に限定されるものではないものの、好ましくは、それが挿入される角パイプ１６ａの厚さ：ｔと比較して、ｔ＜ｗ＜１０ｔを満たす寸法とされる。何故なら、裏当て板４２の厚さ：ｗが、角パイプ１６ａの厚さ：ｔと同等以下である場合、高速回転せしめられるピン２０や回転治具２２の先端部との接触により発生する摩擦熱によって可塑化された突合せ部４０の周辺部位のメタルの多くが、角パイプ１６ａの内側に向かって流動せしめられることとなって、健全な接合部の形成が困難となるからであり、また、裏当て板４２の厚さ：ｗが、角パイプ１６ａの厚さ：ｔの１０倍以上となると、裏当て板４２の厚さ：ｗが必要以上に厚くなって、裏当て板４２、ひいてはそれが挿入される角パイプ１６ａ、更には角パイプ１６ａが接合される構成部品３０全体の重量が、無用に増大せしめられることとなるからである。
【００３６】
また、このような本工程では、構成部品３０の角パイプ１２ａと真っ直ぐな角パイプ１６ａの突合せ部４０の接合操作が摩擦撹拌接合操作にて実施されて、それら２本の角パイプ１２ａ，１６ａの突合せ部４０が非溶融状態で接合されているところから、２本の角パイプ１２ａ，１６ａの接合時における突合せ部４０への入熱が少なくされて、角パイプ１２ａ，１６ａ、ひいては構成部品３０全体における熱歪みの発生が有利に解消乃至は抑制され、それによって、構成部品３０を与える、屈曲せしめられた２本の角パイプ１２ａ，１４ａのそれぞれの曲げ精度が真っ直ぐな角パイプ１６ａの接合により低下するようなことが、効果的に阻止されるようになっているのである。
【００３７】
そして、かくして、目的とするフレーム１０の左側半分の部位を与える構成部品３０を形成する一方で、それと同一の工程を行なうことによって、フレーム１０の右側半分の部位を与える構成部品（４４）を形成する。
【００３８】
その後、図１０に示される如く、上述のようにして形成された二つの構成部品３０，４４を、真っ直ぐな角パイプ１６ａ，１６ｂが一体接合されていない側の角パイプ１４ａ，１４ｂにおける各非接合部２８ａ，２８ｂの端面同士において、突き合わせるように配置する。このとき、それら２本の角パイプ１４ａ，１４ｂの突合せ部４６を形成する角パイプ１４ａ，１４ｂのそれぞれの両端部分の内部に、それら角パイプ１４ａ，１４ｂと同一材質の６０００系アルミニウム合金からなり、且つ角パイプ１４ａ，１４ｂの両端部分の内部形状に対応した矩形形状を呈する裏当てブロック４８，４８が、それぞれ挿入位置せしられるように、角パイプ１４ａ，１４ｂが、両端部分において、各裏当てブロック４８，４８に対して、その両側から外嵌された状態で、互いに突き合わされることとなる。
【００３９】
また、ここでは、特に、前述せるように、２つの構成部品３０，４４の全体における熱歪みの発生が有利に解消乃至は抑制されて、それら各構成部品３０，４４を与える、屈曲せしめられた角パイプ１２ａ，１４ａ，１２ｂ，１４ｂの曲げ精度が、何れも高いレベルで十分に確保されているところから、２つの構成部品３０，４４を、角パイプ１４ａ，１４ｂにおける各非接合部２８ａ，２８ｂの端面同士において突き合わせて配置する際に、それらの端面同士の間で、段差や隙間が生ずるようなことがなく、それ故に、角パイプ１４ａ，１４ｂが、両端部分において、各裏当てブロック４８，４８の両端部に対して、極めてスムーズに外嵌せしめられて、互いに突き合わされるようになっているのである。
【００４０】
なお、この裏当てブロック４８の長さ：ｍも、特に限定されるものではないものの、前述せる裏当て板４２の厚さ：ｗの好適範囲を規定したのと同じ理由から、角パイプ１４ａ，１４ｂのそれぞれの端部部分に挿入される挿入長さ、つまり裏当てブロック４８の半分の長さ：ｍ／２が、それが挿入される角パイプ１４ａ，１４ｂの厚さ：ｔと比較して、ｔ＜ｍ／２＜１０ｔを満たす寸法とされていることが、望ましいのである。
【００４１】
そして、必要に応じて、互いに突き合わされた角パイプ１４ａ，１４ｂの突合せ部４６が離間しないように、二つの構成部品３０，４４を、適当な拘束治具（図示せず）にて拘束した後、各構成部品３０，４４の各パイプ１２ａ，１２ｂと真っ直ぐな角パイプ１６ａ，１６ｂとを突合せ接合せしめる摩擦撹拌接合操作と同様な操作を行なって、角パイプ１４ａ，１４ｂの突合せ部４６を、一体的に接合する。かくして、図１及び図２に示される如き構造を有する、目的とするフレーム１０を得るのである。
【００４２】
このように、本実施形態においては、屈曲せしめられた角パイプ１２，１４と真っ直ぐな角パイプ１６とを含む二つの構成部品３０，４４の形成過程で、それら屈曲せしめられた角パイプ１２，１４の曲げ精度が、高いレベルで十分に確保されて、形成された二つの構成部品３０，４４を互いに突き合わせて、一体的に接合する際に、接合されるべき角パイプ１４同士の突合せ部４６に隙間や段差等が生じるようなことが、効果的に解消され得るようになっているところから、軽量性に富んだアルミニウム製の６本の角パイプ１２ａ〜１６ｂからなるフレーム１０が、優れた接合品質と高い形状精度をもって、有利に製造され得ることとなったのである。
【００４３】
また、かかる本実施形態では、二つの構成部品３０，４４の形成過程において、或いはそれら二つの構成部品３０，４４を一体化せしめる際において、互いに突き合わされた突合せ部４０，４６を摩擦撹拌接合操作により突合せ接合するのに先立って、それら各突合せ部４０，４６を与える角パイプ１４，１６の内部に、それぞれ、適度な厚さ乃至は長さとされた裏当て板４２乃至は裏当てブロック４８が挿入位置せしめられた後、突合せ部４０，４６に対する摩擦撹拌接合操作が実施されて、そのような摩擦撹拌接合時における突合せ部４０，４６の周辺部位での座屈等の発生が回避され得るようになっているため、それらの突合せ部４０，４６が、優れた接合品質と高度な接合強度とをもって、より有利に接合され得るのである。
【００４４】
ところで、上述の如き工程に従って製造されたフレーム１０に対して、床部を設けることも、可能である。
【００４５】
すなわち、例えば、図１１に示されるように、フレーム１０を与える二つの構成部品３０，４４のそれぞれにおける、互いの突合せ部４６において一体接合されたコ字状の角パイプ１２ａ，１２ｂの内側に、フレーム１０を構成する角パイプ１２ａ〜１６ｂと同一材質のアルミニウム合金からなるサンドイッチパネル５０を嵌め込むように位置せしめた状態で、接合して、床部５１を形成するのである。
【００４６】
なお、図１２に示される如く、このサンドイッチパネル５０は、例えば、特開平５−１３８７７８号公報や特開２００１−１３８０４３号公報等に明らかにされるような構造、つまり、互いに対向位置せしめられた、前記アルミニウム合金製の２枚の面板５２，５２間に、それと同一材質のアルミニウム合金製のコア５４が配置され、且つそれら２枚の面板５２，５２とコア５４とが一体的に接合されてなる構造を有するものである。
【００４７】
そして、かくの如き構造のサンドイッチパネル５０をフレーム１０に接合する際には、例えば、先ず、サンドイッチパネル５０の幅方向両端部に位置せしめられた枠パイプ５６，５６を、それぞれの外側側面において、フレーム１０を与える二つの構成部品３０，４４の互いに突合せ接合された角パイプ１２ａ，１２ｂの各内側側面に接触させた状態で、組み付け、その後、それらの接触部５８，５８に対する摩擦撹拌接合操作を行なうことにより、各接触部５８に沿って接合部を形成し、以てサンドイッチパネル５０と各構成部品３０，４４とを一体的に接合するのである。なお、ここでの摩擦撹拌接合操作は、例えば、各構成部品３０，４４の２本の角パイプ１２，１４を摩擦撹拌接合する際と同様な操作が、実施される。
【００４８】
また、図１３に示されるように、二つの構成部品３０，４４を与える角パイプ１２ａ〜１６ｂと同一材質の押出形材からなる角パイプ６２の複数（ここでは、８本）を用いて、フレーム１０の内側に床部６３を形成することも可能である。
【００４９】
すなわち、例えば、二つの構成部品３０，４４の互いに突合せ接合された角パイプ１４ａ，１４ｂの内側に、押出形材からなる複数の角パイプ６２を幅方向に並べると共に、その両方の最も外側に位置する２本の角パイプ６２，６２の外側側面を、二つの構成部品３０，４４の角パイプ１２ａ，１２ｂの各内側側面に接触させた状態で、組み付け、その後、二つの構成部品３０，４４の角パイプ１２ａ，１２ｂとそれらに接触する角パイプ６２，６２の接触部６４や、角パイプ６０同士の接触部６４に対する摩擦撹拌接合操作をそれぞれ行なうことにより、各接触部６４に沿って接合部を形成し、以て複数の角パイプ６２と各構成部品３０，４４とを一体的に接合するのである。なお、ここでの摩擦撹拌接合操作も、例えば、各構成部品３０，４４の２本の角パイプ１２，１４を摩擦撹拌接合する際と同一の操作が、行なわれることとなる。また、このように、複数の角パイプ６２にて床部６３を形成する場合には、好ましくは、角パイプ６２の内部に、ゴム材料等からなる制振材６８が挿入配置せしめられる。それによって、フレーム１０に対して、優れた制振性能が付与され得ることとなる。
【００５０】
このように、フレーム１０の内側に、サンドイッチパネル５０や複数の角パイプ６２からなる床部５１，６３を形成することにより、フレーム１０を骨格として製造される自動車の床部の強度向上が、有利に図られ得るのである。
【００５１】
なお、ここにおいて、前記実施形態では、二つの構成部品３０，４４の形成過程において、或いはそれら二つの構成部品３０，４４を一体化せしめる際において、互いに突き合わされた突合せ部４０，４６が摩擦撹拌接合されていたが、それらの突合せ部４０，４６を、例えば、公知の溶融溶接手法により接合することも、可能である。
【００５２】
また、前記実施形態では、本発明を、自動車の一体型フレームの一種たる周囲型フレームの製造方法に適用した具体例が示されていたが、本発明は、その他、自動車のスペースフレーム等の別の一体型フレームやサブフレーム等の部分型フレームの製造方法、更には自動車以外の船舶や建造物等の様々な構造物の骨組を与えるフレームの製造方法の何れに対しても有利に適用され得るものであることは、言うまでもないところである。
【００５３】
【実施例】
以下に、本発明の幾つかの実施例を示し、本発明を更に具体的に明らかにすることとするが、本発明が、そのような実施例の記載によって、何等の制約をも受けるものでないことは、言うまでもないところである。また、本発明には、以下の実施例の他にも、更には、上記した発明の実施の形態以外にも、本発明の趣旨を逸脱しない限りにおいて、当業者の知識に基づいて、種々なる変更、修正、改良等を加え得るものであることが、理解されるべきである。
【００５４】
先ず、横断面矩形形状を呈し、横断面の長辺長さ：３０ｍｍ、横断面の短辺長さ：２５ｍｍ、厚さ：２．５ｍｍの６０６１−Ｔ６アルミニウム合金製の角パイプを４本準備する一方、先端のピン直径：３ｍｍ、ピン高さ：３ｍｍ、回転治具肩部半径：６ｍｍである鋼製の回転治具を準備した。
【００５５】
そして、準備された４本の角パイプのうちの２本を幅方向に隣り合うようにして水平に並べ、且つ対応する側面同士において接触させた状態で配置して、公知の拘束治具により拘束した後、準備された回転治具を用いて、回転数：２０００ｒｐｍ、接合速度：５００ｍｍ／分の条件で、２本の角パイプの接触部の長さ方向中間部分に対する摩擦撹拌接合操作を実施して、それら２本の角パイプが、接触部の長さ方向中間部分において一体接合されてなる接合体を得た。また、その一方で、残りの２本の角パイプに対しても、同様な操作を実施して、もう一つの接合体を得た。
【００５６】
次いで、かくして得られた二つの接合体を用い、それらの非接合部分を公知のベンダーで、接合部分に対して直角に位置するように、曲げ加工して、それぞれの接合体を、コ字状に屈曲せしめられた２本の角パイプが、全体としてＨ字形状を呈するように互いに接合されてなる形態と為した。その後、それら二つの接合体を、コ字状に屈曲せしめられた２本の角パイプのうちの１本の角パイプの端面同士において突き合わせて配置した。このとき、それら互いに突き合わされる角パイプの端面同士の間における隙間や段差の有無を視認により調べたところ、そのような隙間や段差は認められなかった。
【００５７】
引き続き、前記準備された回転治具を用いて、端面同士において突き合わされた角パイプの突合せ部に対する摩擦撹拌接合操作を、前記と同様な条件で実施し、以て、Ｈ字形状を呈する二つの接合体が、互いに一体的に突合せ接合せしめられてなる、目的とするフレームを得た。
【００５８】
そして、かくして得られたフレームを用い、公知の手法により、角パイプ同士の接合部に対する引張試験と疲労試験を行なった。その結果、破断が、接合部ではなく、その周辺部分で生じていることが、確認された。これらのことから、本発明に従って製造されたフレームが、屈曲せしめられた角パイプにおいて高い曲げ精度が確保され得ると共に、接合部において十分な接合強度が発揮され得ることが、認められるのである。
【００５９】
【発明の効果】
以上の説明から明らかなように、本発明に従うアルミニウムパイプ製フレームの製造方法によれば、アルミニウム製の角パイプの複数が互いに組み付けられて、一体的に接合されている一方、かかる角パイプの少なくとも１本が屈曲せしめられてなる構造のアルミニウムパイプ製フレームが、屈曲せしめられた角パイプの曲げ精度の低下を招くことなく、それによって、高い接合精度を十分に確保しつつ、極めて有利に製造され得ることとなるのである。
【図面の簡単な説明】
【図１】本発明手法に従って製造されるアルミニウムパイプ製フレームの一例を示す正面説明図である。
【図２】図１におけるII矢視説明図である。
【図３】本発明手法に従って、アルミニウムパイプ製フレームを製造する工程の一例を示す説明図であって、アルミニウムパイプ製フレームの構成部品を与える２本の角パイプを幅方向に並べて、互いに接触させて配置した状態を示している。
【図４】本発明手法に従って、アルミニウムパイプ製フレームを製造する工程の別の例を示す説明図であって、アルミニウムパイプ製フレームの構成部品を与える２本の角パイプの接触部を摩擦撹拌接合している状態を示している。
【図５】本発明手法に従って、アルミニウムパイプ製フレームを製造する工程の更に別の例を示す説明図であって、アルミニウムパイプ製フレームの構成部品を与える２本の角パイプの非接合部分をそれぞれ屈曲せしめた状態を示している。
【図６】本発明手法に従って、アルミニウムパイプ製フレームを製造する工程の他の例を示す説明図であって、アルミニウムパイプ製フレームの構成部品を与える２本の角パイプのうちの一方における非接合部分を更に屈曲せしめた状態を示す、図５におけるVI矢視に相当する図である。
【図７】本発明手法に従って、アルミニウムパイプ製フレームを製造する工程の更に他の例を示す説明図であって、アルミニウムパイプ製フレームの構成部品を与える２本の角パイプの屈曲部同士の間に形成された隙間を溶接した状態を示す、図６におけるVII−VII拡大断面に相当する図である。
【図８】本発明手法に従って、アルミニウムパイプ製フレームを製造する工程の別の例を示す説明図であって、アルミニウムパイプ製フレームの構成部品に別の角パイプを突き合わせて、組み付けた状態を示している。
【図９】本発明手法に従って、アルミニウムパイプ製フレームを製造する工程の別の例を示す説明図であって、アルミニウムパイプ製フレームの構成部品と別の角パイプとの突合せ部を摩擦撹拌接合している状態を示す、図８におけるIX−IX拡大断面に相当する図である。
【図１０】本発明手法に従って、アルミニウムパイプ製フレームを製造する工程の他の例を示す説明図であって、アルミニウムパイプ製フレームの構成部品の二つを互いに突き合わせて配置した状態を示している。
【図１１】本発明手法に従って製造されたアルミニウムパイプ製フレームに対して、サンドイッチパネルからなる床部を設けた状態を示す図１に対応する図である。
【図１２】図１１のXII−XII断面における拡大断面説明図である。
【図１３】本発明手法に従って製造されたアルミニウムパイプ製フレームに対して、複数の角パイプからなる床部を設けた状態を示す図１２に対応する図である。
【符号の説明】
１０ フレーム １２，１４，１６ 角パイプ
１８ 接触部 ２０ ピン
２２ 回転治具 ２６，２８ 非接合部分
３０、４４ 構成部品 ４２ 裏当て板
４８ 裏当てブロック ５１，６３ 床部
６８ 制振材
【技術分野】
本発明は、アルミニウムパイプ製フレームの製造方法に係り、特に、アルミニウム製の角パイプの複数が互いに組み付けられて、一体的に接合されている一方、かかる角パイプの少なくとも１本が屈曲せしめられてなる構造のアルミニウムパイプ製フレームを有利に製造する方法に関するものである。
【０００２】
【背景技術】
従来から、自動車や船舶、或いは建造物等の様々な構造物の骨組を与えるフレームが、各種の金属材料等を用いて、構成されているが、その中でも、アルミニウム若しくはアルミニウム合金製のパイプの複数を互いに組み付けて、一体的に接合せしめてなる、所謂アルミニウムパイプ製フレームは、アルミニウムパイプの使用による軽量化が達成されるばかりでなく、アルミニウムパイプの全体形状や断面形状の最適化によって高い剛性が発揮されることとなる。このため、近年では、特に、燃費の向上等の点から軽量化が強く望まれる自動車等のフレームに対して、一体型や部分型の形態を問わず、アルミニウムパイプ製フレームが、徐々に適用され始めてきているのである。
【０００３】
ところで、そのようなアルミニウムパイプ製フレームを製造する際には、一般に、パイプ同士を互いに接触するように組み付ける一方、その接触部のそれぞれをアーク溶接（ＭＩＧ溶接やＴＩＧ溶接）等にて溶接せしめることにより、パイプ同士を、各接触部において一体的に接合する方法が、採用されている。
【０００４】
ところが、かくの如き従来のアルミニウムパイプ製フレームの製造方法によって、例えば、アルミニウム製の角パイプの複数が互いに組み付けられて、一体的に接合されている一方、かかる角パイプの少なくとも１本が屈曲せしめられてなる構造のフレームを製造する場合には、予め屈曲せしめられた角パイプに対して、それとは別の角パイプを接触させた状態で組み付けられて、それらの角パイプ同士が、その接触部において、互いにアーク溶接されることとなるのであるが、その際に、以下に示す如き問題が、生じていたのである。
【０００５】
すなわち、従来手法では、予め屈曲せしめられた角パイプとそれに組み付けられる角パイプとの接合が、それらの接触部を溶融せしめることからなる溶融溶接となるところから、溶接時の多大な入熱により熱歪みが生じて、屈曲せしめられた角パイプの曲げ精度が低下してしまうことが避けられなかったのであり、それ故に、そのような曲げ精度の低い屈曲角パイプに対して、更に別の角パイプを接触させた状態で組み付けて、溶接しようとすると、それら溶接されるべき角パイプ同士の接触面の間に隙間や段差等が生じることとなって、溶接精度（接合精度）が著しく低下するといった重大な問題が、惹起せしめられていたのである。
【０００６】
【解決課題】
ここにおいて、本発明は、上述せる如き事情を背景にして為されたものであって、その解決課題とするところは、アルミニウム製の角パイプの複数が互いに組み付けられて、一体的に接合されている一方、かかる角パイプの少なくとも１本が屈曲せしめられてなる構造のアルミニウムパイプ製フレームを、屈曲せしめられた角パイプの曲げ精度の低下を効果的に防止乃至は抑制することで、高い接合精度を確保しつつ、有利に製造することが出来る手法を提供することにある。
【０００７】
【解決手段】
そして、本発明にあっては、かかる課題の解決のために、アルミニウム製の角パイプの複数が互いに組み付けられて、一体的に接合されている一方、かかる角パイプの少なくとも１本が屈曲せしめられてなる構造のアルミニウムパイプ製フレームを製造するに際して、前記角パイプの幾つかを互いに接触させた状態で組み付けて、その接触部に対する摩擦撹拌接合操作を行なうことにより、該接触部の少なくとも一部を接合せしめた後、それら接触部の少なくとも一部において接合された角パイプのそれぞれの非接合部分を屈曲せしめて、目的とする前記アルミニウムパイプ製フレームの一部を与える構成部品を形成し、その後、かくして形成された構成部品の複数を互いに接触させた状態で組み付けて、一体的に接合する工程を含むことを特徴とするアルミニウムパイプ製フレームの製造方法を、その要旨とするものである。
【０００８】
要するに、この本発明に従うアルミニウムパイプ製フレームの製造方法においては、屈曲せしめられた角パイプを含んでなる、目的とするアルミニウムパイプ製フレームの一部を構成する構成部品を形成した後、そのような構成部品同士や、構成部品と真っ直ぐな角パイプとを、それぞれ一体的に接合することによって、目的とするアルミニウムパイプ製フレームを製造するようにしたものであって、特に、上述の如き構成部品を形成する際に、それを与える幾つかの角パイプ同士の接触部の接合操作として、摩擦撹拌接合操作、即ち、例えば、接触部に対して、ロッド状の回転治具の先端に同心的に設けたピンを、回転治具と共に一体に回転させつつ差し込み、相対的に移動させることにより、接触部を溶融せしめることなく、その少なくとも一部を接合せしめる接合操作が採用されているところから、構成部品を形成する際における角パイプ同士の接合時の接触部への入熱が少なくされて、角パイプのそれぞれにおける熱歪みの発生が有利に解消乃至は抑制され得るのである。
【０００９】
しかも、本発明手法においては、かかる摩擦撹拌接合操作により、角パイプ同士を接触部の少なくとも一部において接合せしめた後、非接合部分が屈曲せしめられて、所定の角パイプの所定箇所に屈曲部が形成されるようになっているため、予め屈曲せしめられた角パイプを他の角パイプに対して接合する場合とは異なって、その接合時における入熱に起因して、屈曲せしめられた角パイプの曲げ精度が低下するようなことも、効果的に皆無ならしめられ得るのである。
【００１０】
それ故、このような本発明に従うアルミニウムパイプ製フレームの製造方法にあっては、屈曲せしめられた角パイプを含む構成部品の形成過程で、かかる屈曲角パイプの曲げ精度が低下するようなことが、極めて有利に防止乃至は抑制され得るのであり、それによって、そのような構成部品同士や、構成部品と真っ直ぐな角パイプとを、それぞれ互いに接触させた状態で組み付けて、一体的に接合する際に、接合されるべき角パイプ同士の接触面の間に隙間や段差等が生じるようなことも、効果的に解消され得ることとなるのである。
【００１１】
従って、かくの如き本発明に従うアルミニウムパイプ製フレームの製造方法によれば、アルミニウム製の角パイプの複数が互いに組み付けられて、一体的に接合されている一方、かかる角パイプの少なくとも１本が屈曲せしめられてなる構造のアルミニウムパイプ製フレームが、屈曲せしめられた角パイプの曲げ精度の低下を招くことなく、それによって、高い接合精度を十分に確保しつつ、極めて有利に製造され得るのである。そして、その結果として、優れた接合品質と所望の形状を有し、しかも軽量性に富んだアルミニウムパイプ製フレームの製造が、有利に実現され得ることとなったのである。
【００１２】
なお、かかる本発明手法では、構成部品の複数を互いに接触させた状態で組み付けて、一体的に接合する工程において採用される接合方式が、特に限定されるものではなく、一般的な溶接方式や摩擦撹拌接合方式等が適宜に採用されることとなる。
【００１３】
そして、このような本発明に従うアルミニウムパイプ製フレームの製造方法の好ましい態様の一つによれば、前記複数の構成部品の一体的な接合が、それら複数の構成部品の接触部に対する摩擦撹拌接合操作を行なうことにより実現される。これによって、構成部品同士を接触部において接合する際における、それら構成部品の接触部への入熱が少なく為され得て、構成部品のそれぞれにおける熱歪みの発生も有利に解消乃至は抑制され得、以て、各構成部品の屈曲せしめられた角パイプの曲げ精度がより十分に確保され得ると共に、接合部における残留応力も可及的に小さく為され得るのであり、その結果として、更に一層高度な接合品質と形状精度に優れたアルミニウムパイプ製フレームを製造することが可能となるのである。
【００１４】
また、本発明に従うアルミニウムパイプ製フレームの製造方法の別の有利な態様の一つによれば、接合されるべき前記幾つかの角パイプのうちの一つを、その端面において、他の一つに突き合わせることにより接触させた状態で組み付けて、その接触部に対する摩擦撹拌接合操作を行なう際に、かかる摩擦撹拌接合操作の実施に先立って、該他の一つの角パイプに突き合わされる該一つの角パイプの内部に、該一つの角パイプの厚さ：ｔに対して、板厚：ｗが、次式：ｔ＜ｗ＜１０ｔを満たす寸法とされたアルミニウム製板材を、該一つの角パイプにおける、該摩擦撹拌接合操作により形成される接合部の内側に位置するように、挿入せしめるようにされる。これによって、角パイプ同士の突合せ部の接合時において、かかる突合せ部の周辺部位に座屈等が生ずるようなことが有利に回避され得、以て、角パイプ同士の突合せ部が、優れた接合品質と高度な接合強度とをもって、有利に接合され得るのである。
【００１５】
さらに、本発明に従うアルミニウムパイプ製フレームの製造方法の望ましい他の態様の一つによれば、前記接触部の少なくとも一部が接合された幾つかの角パイプのそれぞれにおける非接合部分を屈曲せしめた後、かかる屈曲部と、該屈曲部を有する角パイプが接合される他の角パイプとの間の隙間内にビードが充填されるように、それら屈曲部と他の角パイプとを、不活性ガスアーク溶接若しくはレーザー溶接により接合するようにされる。これによって、構成部品、ひいてはアルミニウムパイプ製フレーム全体の強度の向上が、より有利に図られ得ることとなる。
【００１６】
更にまた、本発明に従うアルミニウムパイプ製フレームの製造方法の更に別の有利な態様の一つによれば、前記目的とするアルミニウムパイプ製フレームが、自動車用フレームとして適用されることとなる。これによって、自動車用フレームの軽量化に加えて、接合品質と形状精度の向上が、有利に実現され得るのである。
【００１７】
また、本発明に従うアルミニウムパイプ製フレームの製造方法の好ましい他の態様の一つによれば、前記構成部品の複数を形成した後、それら構成部品の複数を互いに接触させた状態で組み付けて、一体的に接合する一方、互いに対向位置せしめられたアルミニウム製の２枚の面板間に、アルミニウム製のコアが少なくとも配置され、且つ少なくとも、それら２枚の面板とコアとが一体的に接合されてなるサンドイッチパネル若しくは押出形材を、該構成部品に接触させた状態で組み付けて、その接触部に対する摩擦撹拌接合操作を行なうことにより、それらサンドイッチパネル若しくは押出形材と該構成部品とを、該接触部の少なくとも一部において一体的に接合するようにされる。これによって、アルミニウムパイプ製フレームの形状精度を損ねることなく、その内側に、壁部材を有利に配設することが出来、以てフレーム全体の強度を効果的に高めることが可能となるばかりでなく、例えば、かかるサンドイッチパネルや押出形材を床部として利用することによって、床部が一体形成された自動車用フレーム等として、極めて有利に適用され得ることとなる。
【００１８】
さらに、本発明に従うアルミニウムパイプ製フレームの製造方法の望ましい更に他の態様の一つによれば、前記構成部品の複数を形成した後、それら構成部品の複数を互いに接触させた状態で組み付けて、一体的に接合する一方、該構成部品を与える前記角パイプとは別のアルミニウム製の角パイプの複数を、それぞれの側面において互いに接触させつつ、幅方向に並列的に並べると共に、それら複数の角パイプのうち、少なくとも、その幅方向の最も外側に位置せしめられる角パイプを該構成部品に接触させた状態で組み付けて、該角パイプの該構成部品との接触部と該角パイプ同士の接触部とに対する摩擦撹拌接合操作をそれぞれ行なうことにより、該複数の角パイプと該構成部品とを、各接触部の少なくとも一部においてそれぞれ一体的に接合するようにされる。このような構成を採用する場合にあっても、アルミニウムパイプ製フレーム全体の強度の向上が有利に図られ得ると共に、床部が一体形成された自動車用フレーム等への適用が、極めて有利に実現され得るのである。
【００１９】
また、構成部品を与える角パイプとは別の角パイプの複数が、該構成部品と接合される場合には、有利には、かかる構成部品を与える角パイプとは別の複数の角パイプのうちの少なくとも一つが、その内部に、制振材を有して構成されることとなる。これによって、アルミニウムパイプ製フレームに対して、優れた制振性能が付与され得て、例えば、自動車用フレーム等として、更に有利に適用され得ることとなるのである。
【００２０】
【発明の実施の形態】
以下、本発明を更に具体的に明らかにするために、本発明に係るアルミニウムパイプ製フレームの製造方法の構成について、図面を参照しつつ、詳細に説明することとする。
【００２１】
先ず、図１及び図２には、本発明手法に従って製造されたアルミニウムパイプ製フレームの一例として、自動車の一体型フレームの一種たる周囲型フレームが、その正面形態と側面形態とにおいて、それぞれ、概略的に示されている。それらの図からも明らかなように、フレーム１０は、矩形の横断面形状を有する６本の角パイプ１２ａ，１２ｂ，１４ａ，１４ｂ，１６ａ，１６ｂが、互いに組み付けられ、一体的に接合されている一方、それら６本の角パイプ１２ａ〜１６ｂのうちの４本の角パイプ１２ａ，１２ｂ，１４ａ，１４ｂが、コ字状に屈曲せしめられてなる構造を有している。
【００２２】
より具体的には、フレーム１０にあっては、コ字状に屈曲せしめられた４本の角パイプ１２ａ〜１４ｂのうち、それぞれ２本ずつが、全体としてＨ字形状を呈するように互いに接合される一方、それら４本の角パイプ１２ａ〜１４ｂのうちの２本の角パイプ１２ａ，１２ｂが、コ字状の開口側のそれぞれの端面において互いに突き合わされて、一体的に接合されており、また、その突合せ接合された２本のコ字状の角パイプ１２ａ，１２ｂとは別の２本のコ字状の角パイプ１４ａ，１４ｂに対して、真っ直ぐな角パイプ１６ａ，１６ｂが、それぞれ、コ字状の脚部に跨るようにして、一体的に接合されているのである。
【００２３】
なお、このようなフレーム１０を与える６本の角パイプ１２ａ〜１６ｂは、何れも、アルミニウム若しくはアルミニウム合金製の展伸材や鋳物材、押出材等からなっており、その材質は、特に限定されるものではなく、フレーム１０に対する要求品質等に応じて適宜に選択されるものではあるものの、ここでは、角パイプ１２ａ〜１６ｂのそれぞれの構成材料として、代表的な構造用材であって、且つ強度に優れた６０００系アルミニウム合金が、用いられている。
【００２４】
そして、そのような６本の角パイプ１２ａ〜１６ｂを用いて、フレーム１０を製造するに際しては、例えば、図３に示されるように、先ず、一直線に延びる２本の角パイプ１２ａ，１４ａを、幅方向に隣り合うようにして水平に並べ、且つ対応する側面同士において接触させた状態で配置する。このとき、これら２本の角パイプ１２ａ，１４ａの接触部１８が離間しないように、好ましくは、適当な拘束治具（図示せず）により、２本の角パイプ１２ａ，１４ｂが、取外し可能な状態で、変位不能に拘束される。
【００２５】
次いで、２本の角パイプ１２ａ，１４ｂの接触部１８に対する摩擦撹拌接合操作を行なうのであるが、本工程では、そのような摩擦撹拌接合操作が、図４に示されるように、先端部に鋼等の硬質材料からなるピン２０が同心的に設けられたロッド状の回転治具２２を用いて、実施される。
【００２６】
すなわち、かかる回転治具２２に設けられたピン２０を、回転治具２２と共に軸心回りに一体に高速回転させつつ、２本の角パイプ１２ａ，１４ａの接触部１８における、その長さ方向の中心部よりも一方側に所定寸法偏奇した位置に差し込み、更に、回転治具２２の先端面の一部が、２本の角パイプ１２ａ，１４ａの接触部１８の表面に当接するまで差し込むことにより、かかる接触部１８と、ピン２０及び回転治具２２の先端部との接触面において摩擦熱を発生させ、以て接触部１８の周辺部位を可塑化せしめる。そして、そのような接触部１８への差込み状態下でのピン２０の高速回転に伴う撹拌作用にて、接触部１８の周辺部位の組織を入り交じり合わせて、接合部を形成し、更に、かかるピン２０及び回転治具２２を接触部１８に沿って相対的に移動せしめることにより、２本の角パイプ１２ａ，１４ａを、その接触部１８において、溶融させることなく、一体的に接合せしめるのである。
【００２７】
なお、このとき、ピン２０及び回転治具２２が、接触部１８に対する相対移動によって、図４において二点鎖線で示される位置、つまり、接触部１８における、その長さ方向の中心部よりも他方側に所定寸法偏奇した位置に達した時点で、接触部１８から引き抜かれるのであり、それによって、２本の角パイプ１２ａ，１４ａが、接触部１８における長さ方向の中間部分のみに接合部（２４）が形成される一方、ピン２０が差し込まれたなかった両側端部部分が非接合部分（２６，２８）とされ、以て、そのような２本の角パイプ１２ａ，１４ａにて、その接触部１８の中間部分のみが部分的に一体接合された形態を有する接合体が形成されることとなる（図５参照）。
【００２８】
また、かかる本工程では、２本の角パイプ１２ａ，１４ａの接触部１８の接合操作が摩擦撹拌接合操作にて実施されて、それら２本の角パイプ１２ａ，１４ａの接触部１８が非溶融状態で接合されることになるところから、２本の角パイプ１２ａ，１４ａの接合時における接触部１８への入熱が少なくされて、角パイプ１２ａ，１４ａのそれぞれにおける熱歪みの発生が有利に解消乃至は抑制され、以て、互いに接合された角パイプ１２ａ，１４ａ同士において、幅方向に隣り合って水平に並んだ状態が可及的に維持され得るようになっているのである。
【００２９】
次ぎに、図５に示されるように、部分的に一体接合されてなる接合体の２本の角パイプ１２ａ，１４ａのそれぞれにおける両端部部分の非接合部分２６ａ，２８ａを、接合部２４を形成する、角パイプ１２ａ，１４ａのそれぞれの中間部分に対して直角となるように、公知のプレス成形等により曲げ加工して、角パイプ１２ａ、１４ａを、それぞれコ字状に屈曲せしめ、また、その一方で、図６に示される如く、２本の角パイプ１２ａ，１４ａのうちの一方の角パイプ１２ａの非接合部分２６ａ，２６ａの長さ方向中間部を山形状を呈するように、公知のプレス成形等により屈曲せしめる。これによって、２本の角パイプ１２ａ，１４ａが接触部１８の一部において接合されると共に、それら２本の角パイプ１２ａ，１４ａのそれぞれの非接合部分２６ａ，２８ａが屈曲せしめられ、更には、角パイプ１２ａの非接合部分２６ａ，２６ｂの長さ方向中間部に、山形屈曲部３８ａがそれぞれ設けられてなる、目的とするフレーム１０の一部を与える構成部品３０を形成するのである。
【００３０】
このとき、上述の如く、構成部品３０を与える２本の角パイプ１２ａ，１４ａのそれぞれにおいて、接合による熱歪みの発生が可及的に解消されていることに加えて、２本の角パイプ１２ａ，１４ａに対する曲げ加工が、それらの接合後に行なわれることとなるため、構成部品３０における角パイプ１２ａ，１４ａのそれぞれにおける、水平に並んで位置せしめられた状態での曲げ精度が、十分に高いレベルで確保されているのである。
【００３１】
そして、かくして構成部品３０を形成した後、必要に応じて、図７に示される如く、構成部品３０の２本の角パイプ１２ａ，１４ａにおいて、それらに対してコ字状の屈曲形態をそれぞれ与えるコ字状屈曲部３２ａ，３４ａ同士の間に形成される隙間内にビード３６が充填されるように、それら各コ字状屈曲部３２ａ，３４ａ同士を、公知の不活性ガスアーク溶接やレーザー溶接する。これによって、構成部品３０、ひいては目的とするフレーム１０全体の強度の向上が、有利に図られ得ることとなる。
【００３２】
その後、図８に示されるように、構成部品３０を与える２本の角パイプ１２ａ，１４ａのうち、一方の角パイプ１２ａの各非接合部分２６ａ，２６ａにおける、山形に屈曲せしめられた山形屈曲部３８ａ，３８ａの対向面間に、真っ直ぐな角パイプ１６ａを、その両端面が、各山形屈曲部３８ａ，３８ａのそれぞれの対向面となる内側側面に突き合わされるように配置する。なお、このとき、互いに突き合わされて、位置せしめられる、屈曲した角パイプ１２ａと真っ直ぐな角パイプ１６ａの突合せ部４０，４０が離間しないように、好ましくは、適当な拘束治具（図示せず）により、屈曲した角パイプ１２ａを含む構成部品３０と真っ直ぐな角パイプ１６ａとが、取外し可能な状態で、変位不能に拘束される。
【００３３】
そして、引き続いて、図９に示される如く、構成部品３０を与える２本の角パイプ１２ａ，１４ａの接触部１８を摩擦撹拌接合した際に用いられる回転治具２２を使用して、構成部品３０の角パイプ１２ａと真っ直ぐな角パイプ１６ａの突合せ部４０を、摩擦撹拌接合する。即ち、回転治具２２に設けられたピン２０を、回転治具２２と共に軸心回りに一体に高速回転させつつ、２本の角パイプ１２ａ，１６ａの突合せ部４０に差し込み、更に、回転治具２２の先端面の一部が、角パイプ１６ａの表面に当接するまで差し込むことにより、突合せ部４０と、ピン２０及び回転治具２２の先端部との接触面において摩擦熱を発生させ、以て突合せ部４０の周辺部位を可塑化せしめる。そして、そのような突合せ部４０への差込み状態下でのピン２０の高速回転に伴う撹拌作用にて、突合せ部４０の周辺部位の組織を入り交じり合わせて、接合部を形成し、更に、かかるピン２０及び回転治具２２を突合せ部４０に沿って、角パイプ１６ａの周方向に相対的に移動せしめることにより、２本の角パイプ１２ａ，１６ａを、その突合せ部４０において、溶融させることなく、一体的に接合せしめるのである。
【００３４】
なお、ここでは、図９からも明らかなように、角パイプ１２ａの山形屈曲部３８ａ，３８ａの内側側面に対する角パイプ１６ａの突合せ操作に先立って、角パイプ１６ａの両端部分の内部に（図９では、角パイプ１６ａの一方の端部分の内部のみを示した）、該角パイプ１６ａと同一材質の６０００系アルミニウム合金からなり、且つ角パイプ１６ａの両端部分の内部形状に対応した矩形形状を呈する裏当て板４２が、それぞれ挿入位置せしめられており、また、角パイプ１６ａが、その両端面おいて、角パイプ１２ａの山形屈曲部３８ａ，３８ａの内側側面に突き合わされた状態下で、角パイプ１６ａの両端部分内に挿入された裏当て板４２が、厚さ方向の一方の面において、角パイプ１２ａの山形屈曲部３８ａ，３８ａの各内側側面に当接して、位置せしめられるようになっている。
【００３５】
そして、そのような裏当て板４２の存在下で、それら角パイプ１２ａ，１６ａの突合せ部４０に対する摩擦撹拌接合操作が実施されているのであり、これによって、回転治具２２と共に一体に高速回転せしめられるピン２０を突合せ部４０に差し込んで相対移動させた際に、角パイプ１６ａの両端部分において座屈が生ずるようなことが阻止され得るようになっているのである。なお、この裏当て板４２の厚さ：ｗは、特に限定されるものではないものの、好ましくは、それが挿入される角パイプ１６ａの厚さ：ｔと比較して、ｔ＜ｗ＜１０ｔを満たす寸法とされる。何故なら、裏当て板４２の厚さ：ｗが、角パイプ１６ａの厚さ：ｔと同等以下である場合、高速回転せしめられるピン２０や回転治具２２の先端部との接触により発生する摩擦熱によって可塑化された突合せ部４０の周辺部位のメタルの多くが、角パイプ１６ａの内側に向かって流動せしめられることとなって、健全な接合部の形成が困難となるからであり、また、裏当て板４２の厚さ：ｗが、角パイプ１６ａの厚さ：ｔの１０倍以上となると、裏当て板４２の厚さ：ｗが必要以上に厚くなって、裏当て板４２、ひいてはそれが挿入される角パイプ１６ａ、更には角パイプ１６ａが接合される構成部品３０全体の重量が、無用に増大せしめられることとなるからである。
【００３６】
また、このような本工程では、構成部品３０の角パイプ１２ａと真っ直ぐな角パイプ１６ａの突合せ部４０の接合操作が摩擦撹拌接合操作にて実施されて、それら２本の角パイプ１２ａ，１６ａの突合せ部４０が非溶融状態で接合されているところから、２本の角パイプ１２ａ，１６ａの接合時における突合せ部４０への入熱が少なくされて、角パイプ１２ａ，１６ａ、ひいては構成部品３０全体における熱歪みの発生が有利に解消乃至は抑制され、それによって、構成部品３０を与える、屈曲せしめられた２本の角パイプ１２ａ，１４ａのそれぞれの曲げ精度が真っ直ぐな角パイプ１６ａの接合により低下するようなことが、効果的に阻止されるようになっているのである。
【００３７】
そして、かくして、目的とするフレーム１０の左側半分の部位を与える構成部品３０を形成する一方で、それと同一の工程を行なうことによって、フレーム１０の右側半分の部位を与える構成部品（４４）を形成する。
【００３８】
その後、図１０に示される如く、上述のようにして形成された二つの構成部品３０，４４を、真っ直ぐな角パイプ１６ａ，１６ｂが一体接合されていない側の角パイプ１４ａ，１４ｂにおける各非接合部２８ａ，２８ｂの端面同士において、突き合わせるように配置する。このとき、それら２本の角パイプ１４ａ，１４ｂの突合せ部４６を形成する角パイプ１４ａ，１４ｂのそれぞれの両端部分の内部に、それら角パイプ１４ａ，１４ｂと同一材質の６０００系アルミニウム合金からなり、且つ角パイプ１４ａ，１４ｂの両端部分の内部形状に対応した矩形形状を呈する裏当てブロック４８，４８が、それぞれ挿入位置せしられるように、角パイプ１４ａ，１４ｂが、両端部分において、各裏当てブロック４８，４８に対して、その両側から外嵌された状態で、互いに突き合わされることとなる。
【００３９】
また、ここでは、特に、前述せるように、２つの構成部品３０，４４の全体における熱歪みの発生が有利に解消乃至は抑制されて、それら各構成部品３０，４４を与える、屈曲せしめられた角パイプ１２ａ，１４ａ，１２ｂ，１４ｂの曲げ精度が、何れも高いレベルで十分に確保されているところから、２つの構成部品３０，４４を、角パイプ１４ａ，１４ｂにおける各非接合部２８ａ，２８ｂの端面同士において突き合わせて配置する際に、それらの端面同士の間で、段差や隙間が生ずるようなことがなく、それ故に、角パイプ１４ａ，１４ｂが、両端部分において、各裏当てブロック４８，４８の両端部に対して、極めてスムーズに外嵌せしめられて、互いに突き合わされるようになっているのである。
【００４０】
なお、この裏当てブロック４８の長さ：ｍも、特に限定されるものではないものの、前述せる裏当て板４２の厚さ：ｗの好適範囲を規定したのと同じ理由から、角パイプ１４ａ，１４ｂのそれぞれの端部部分に挿入される挿入長さ、つまり裏当てブロック４８の半分の長さ：ｍ／２が、それが挿入される角パイプ１４ａ，１４ｂの厚さ：ｔと比較して、ｔ＜ｍ／２＜１０ｔを満たす寸法とされていることが、望ましいのである。
【００４１】
そして、必要に応じて、互いに突き合わされた角パイプ１４ａ，１４ｂの突合せ部４６が離間しないように、二つの構成部品３０，４４を、適当な拘束治具（図示せず）にて拘束した後、各構成部品３０，４４の各パイプ１２ａ，１２ｂと真っ直ぐな角パイプ１６ａ，１６ｂとを突合せ接合せしめる摩擦撹拌接合操作と同様な操作を行なって、角パイプ１４ａ，１４ｂの突合せ部４６を、一体的に接合する。かくして、図１及び図２に示される如き構造を有する、目的とするフレーム１０を得るのである。
【００４２】
このように、本実施形態においては、屈曲せしめられた角パイプ１２，１４と真っ直ぐな角パイプ１６とを含む二つの構成部品３０，４４の形成過程で、それら屈曲せしめられた角パイプ１２，１４の曲げ精度が、高いレベルで十分に確保されて、形成された二つの構成部品３０，４４を互いに突き合わせて、一体的に接合する際に、接合されるべき角パイプ１４同士の突合せ部４６に隙間や段差等が生じるようなことが、効果的に解消され得るようになっているところから、軽量性に富んだアルミニウム製の６本の角パイプ１２ａ〜１６ｂからなるフレーム１０が、優れた接合品質と高い形状精度をもって、有利に製造され得ることとなったのである。
【００４３】
また、かかる本実施形態では、二つの構成部品３０，４４の形成過程において、或いはそれら二つの構成部品３０，４４を一体化せしめる際において、互いに突き合わされた突合せ部４０，４６を摩擦撹拌接合操作により突合せ接合するのに先立って、それら各突合せ部４０，４６を与える角パイプ１４，１６の内部に、それぞれ、適度な厚さ乃至は長さとされた裏当て板４２乃至は裏当てブロック４８が挿入位置せしめられた後、突合せ部４０，４６に対する摩擦撹拌接合操作が実施されて、そのような摩擦撹拌接合時における突合せ部４０，４６の周辺部位での座屈等の発生が回避され得るようになっているため、それらの突合せ部４０，４６が、優れた接合品質と高度な接合強度とをもって、より有利に接合され得るのである。
【００４４】
ところで、上述の如き工程に従って製造されたフレーム１０に対して、床部を設けることも、可能である。
【００４５】
すなわち、例えば、図１１に示されるように、フレーム１０を与える二つの構成部品３０，４４のそれぞれにおける、互いの突合せ部４６において一体接合されたコ字状の角パイプ１２ａ，１２ｂの内側に、フレーム１０を構成する角パイプ１２ａ〜１６ｂと同一材質のアルミニウム合金からなるサンドイッチパネル５０を嵌め込むように位置せしめた状態で、接合して、床部５１を形成するのである。
【００４６】
なお、図１２に示される如く、このサンドイッチパネル５０は、例えば、特開平５−１３８７７８号公報や特開２００１−１３８０４３号公報等に明らかにされるような構造、つまり、互いに対向位置せしめられた、前記アルミニウム合金製の２枚の面板５２，５２間に、それと同一材質のアルミニウム合金製のコア５４が配置され、且つそれら２枚の面板５２，５２とコア５４とが一体的に接合されてなる構造を有するものである。
【００４７】
そして、かくの如き構造のサンドイッチパネル５０をフレーム１０に接合する際には、例えば、先ず、サンドイッチパネル５０の幅方向両端部に位置せしめられた枠パイプ５６，５６を、それぞれの外側側面において、フレーム１０を与える二つの構成部品３０，４４の互いに突合せ接合された角パイプ１２ａ，１２ｂの各内側側面に接触させた状態で、組み付け、その後、それらの接触部５８，５８に対する摩擦撹拌接合操作を行なうことにより、各接触部５８に沿って接合部を形成し、以てサンドイッチパネル５０と各構成部品３０，４４とを一体的に接合するのである。なお、ここでの摩擦撹拌接合操作は、例えば、各構成部品３０，４４の２本の角パイプ１２，１４を摩擦撹拌接合する際と同様な操作が、実施される。
【００４８】
また、図１３に示されるように、二つの構成部品３０，４４を与える角パイプ１２ａ〜１６ｂと同一材質の押出形材からなる角パイプ６２の複数（ここでは、８本）を用いて、フレーム１０の内側に床部６３を形成することも可能である。
【００４９】
すなわち、例えば、二つの構成部品３０，４４の互いに突合せ接合された角パイプ１４ａ，１４ｂの内側に、押出形材からなる複数の角パイプ６２を幅方向に並べると共に、その両方の最も外側に位置する２本の角パイプ６２，６２の外側側面を、二つの構成部品３０，４４の角パイプ１２ａ，１２ｂの各内側側面に接触させた状態で、組み付け、その後、二つの構成部品３０，４４の角パイプ１２ａ，１２ｂとそれらに接触する角パイプ６２，６２の接触部６４や、角パイプ６０同士の接触部６４に対する摩擦撹拌接合操作をそれぞれ行なうことにより、各接触部６４に沿って接合部を形成し、以て複数の角パイプ６２と各構成部品３０，４４とを一体的に接合するのである。なお、ここでの摩擦撹拌接合操作も、例えば、各構成部品３０，４４の２本の角パイプ１２，１４を摩擦撹拌接合する際と同一の操作が、行なわれることとなる。また、このように、複数の角パイプ６２にて床部６３を形成する場合には、好ましくは、角パイプ６２の内部に、ゴム材料等からなる制振材６８が挿入配置せしめられる。それによって、フレーム１０に対して、優れた制振性能が付与され得ることとなる。
【００５０】
このように、フレーム１０の内側に、サンドイッチパネル５０や複数の角パイプ６２からなる床部５１，６３を形成することにより、フレーム１０を骨格として製造される自動車の床部の強度向上が、有利に図られ得るのである。
【００５１】
なお、ここにおいて、前記実施形態では、二つの構成部品３０，４４の形成過程において、或いはそれら二つの構成部品３０，４４を一体化せしめる際において、互いに突き合わされた突合せ部４０，４６が摩擦撹拌接合されていたが、それらの突合せ部４０，４６を、例えば、公知の溶融溶接手法により接合することも、可能である。
【００５２】
また、前記実施形態では、本発明を、自動車の一体型フレームの一種たる周囲型フレームの製造方法に適用した具体例が示されていたが、本発明は、その他、自動車のスペースフレーム等の別の一体型フレームやサブフレーム等の部分型フレームの製造方法、更には自動車以外の船舶や建造物等の様々な構造物の骨組を与えるフレームの製造方法の何れに対しても有利に適用され得るものであることは、言うまでもないところである。
【００５３】
【実施例】
以下に、本発明の幾つかの実施例を示し、本発明を更に具体的に明らかにすることとするが、本発明が、そのような実施例の記載によって、何等の制約をも受けるものでないことは、言うまでもないところである。また、本発明には、以下の実施例の他にも、更には、上記した発明の実施の形態以外にも、本発明の趣旨を逸脱しない限りにおいて、当業者の知識に基づいて、種々なる変更、修正、改良等を加え得るものであることが、理解されるべきである。
【００５４】
先ず、横断面矩形形状を呈し、横断面の長辺長さ：３０ｍｍ、横断面の短辺長さ：２５ｍｍ、厚さ：２．５ｍｍの６０６１−Ｔ６アルミニウム合金製の角パイプを４本準備する一方、先端のピン直径：３ｍｍ、ピン高さ：３ｍｍ、回転治具肩部半径：６ｍｍである鋼製の回転治具を準備した。
【００５５】
そして、準備された４本の角パイプのうちの２本を幅方向に隣り合うようにして水平に並べ、且つ対応する側面同士において接触させた状態で配置して、公知の拘束治具により拘束した後、準備された回転治具を用いて、回転数：２０００ｒｐｍ、接合速度：５００ｍｍ／分の条件で、２本の角パイプの接触部の長さ方向中間部分に対する摩擦撹拌接合操作を実施して、それら２本の角パイプが、接触部の長さ方向中間部分において一体接合されてなる接合体を得た。また、その一方で、残りの２本の角パイプに対しても、同様な操作を実施して、もう一つの接合体を得た。
【００５６】
次いで、かくして得られた二つの接合体を用い、それらの非接合部分を公知のベンダーで、接合部分に対して直角に位置するように、曲げ加工して、それぞれの接合体を、コ字状に屈曲せしめられた２本の角パイプが、全体としてＨ字形状を呈するように互いに接合されてなる形態と為した。その後、それら二つの接合体を、コ字状に屈曲せしめられた２本の角パイプのうちの１本の角パイプの端面同士において突き合わせて配置した。このとき、それら互いに突き合わされる角パイプの端面同士の間における隙間や段差の有無を視認により調べたところ、そのような隙間や段差は認められなかった。
【００５７】
引き続き、前記準備された回転治具を用いて、端面同士において突き合わされた角パイプの突合せ部に対する摩擦撹拌接合操作を、前記と同様な条件で実施し、以て、Ｈ字形状を呈する二つの接合体が、互いに一体的に突合せ接合せしめられてなる、目的とするフレームを得た。
【００５８】
そして、かくして得られたフレームを用い、公知の手法により、角パイプ同士の接合部に対する引張試験と疲労試験を行なった。その結果、破断が、接合部ではなく、その周辺部分で生じていることが、確認された。これらのことから、本発明に従って製造されたフレームが、屈曲せしめられた角パイプにおいて高い曲げ精度が確保され得ると共に、接合部において十分な接合強度が発揮され得ることが、認められるのである。
【００５９】
【発明の効果】
以上の説明から明らかなように、本発明に従うアルミニウムパイプ製フレームの製造方法によれば、アルミニウム製の角パイプの複数が互いに組み付けられて、一体的に接合されている一方、かかる角パイプの少なくとも１本が屈曲せしめられてなる構造のアルミニウムパイプ製フレームが、屈曲せしめられた角パイプの曲げ精度の低下を招くことなく、それによって、高い接合精度を十分に確保しつつ、極めて有利に製造され得ることとなるのである。
【図面の簡単な説明】
【図１】本発明手法に従って製造されるアルミニウムパイプ製フレームの一例を示す正面説明図である。
【図２】図１におけるII矢視説明図である。
【図３】本発明手法に従って、アルミニウムパイプ製フレームを製造する工程の一例を示す説明図であって、アルミニウムパイプ製フレームの構成部品を与える２本の角パイプを幅方向に並べて、互いに接触させて配置した状態を示している。
【図４】本発明手法に従って、アルミニウムパイプ製フレームを製造する工程の別の例を示す説明図であって、アルミニウムパイプ製フレームの構成部品を与える２本の角パイプの接触部を摩擦撹拌接合している状態を示している。
【図５】本発明手法に従って、アルミニウムパイプ製フレームを製造する工程の更に別の例を示す説明図であって、アルミニウムパイプ製フレームの構成部品を与える２本の角パイプの非接合部分をそれぞれ屈曲せしめた状態を示している。
【図６】本発明手法に従って、アルミニウムパイプ製フレームを製造する工程の他の例を示す説明図であって、アルミニウムパイプ製フレームの構成部品を与える２本の角パイプのうちの一方における非接合部分を更に屈曲せしめた状態を示す、図５におけるVI矢視に相当する図である。
【図７】本発明手法に従って、アルミニウムパイプ製フレームを製造する工程の更に他の例を示す説明図であって、アルミニウムパイプ製フレームの構成部品を与える２本の角パイプの屈曲部同士の間に形成された隙間を溶接した状態を示す、図６におけるVII−VII拡大断面に相当する図である。
【図８】本発明手法に従って、アルミニウムパイプ製フレームを製造する工程の別の例を示す説明図であって、アルミニウムパイプ製フレームの構成部品に別の角パイプを突き合わせて、組み付けた状態を示している。
【図９】本発明手法に従って、アルミニウムパイプ製フレームを製造する工程の別の例を示す説明図であって、アルミニウムパイプ製フレームの構成部品と別の角パイプとの突合せ部を摩擦撹拌接合している状態を示す、図８におけるIX−IX拡大断面に相当する図である。
【図１０】本発明手法に従って、アルミニウムパイプ製フレームを製造する工程の他の例を示す説明図であって、アルミニウムパイプ製フレームの構成部品の二つを互いに突き合わせて配置した状態を示している。
【図１１】本発明手法に従って製造されたアルミニウムパイプ製フレームに対して、サンドイッチパネルからなる床部を設けた状態を示す図１に対応する図である。
【図１２】図１１のXII−XII断面における拡大断面説明図である。
【図１３】本発明手法に従って製造されたアルミニウムパイプ製フレームに対して、複数の角パイプからなる床部を設けた状態を示す図１２に対応する図である。
【符号の説明】
１０ フレーム １２，１４，１６ 角パイプ
１８ 接触部 ２０ ピン
２２ 回転治具 ２６，２８ 非接合部分
３０、４４ 構成部品 ４２ 裏当て板
４８ 裏当てブロック ５１，６３ 床部
６８ 制振材
Claims (8)
- アルミニウム製の角パイプの複数が互いに組み付けられて、一体的に接合されている一方、かかる角パイプの少なくとも１本が屈曲せしめられてなる構造のアルミニウムパイプ製フレームを製造するに際して、
前記角パイプの幾つかを互いに接触させた状態で組み付けて、その接触部に対する摩擦撹拌接合操作を行なうことにより、該接触部の少なくとも一部を接合せしめた後、それら接触部の少なくとも一部において接合された角パイプのそれぞれの非接合部分を屈曲せしめて、目的とする前記アルミニウムパイプ製フレームの一部を与える構成部品を形成し、その後、かくして形成された構成部品の複数を互いに接触させた状態で組み付けて、一体的に接合する工程を含むことを特徴とするアルミニウムパイプ製フレームの製造方法。 - 前記複数の構成部品の一体的な接合が、それら複数の構成部品の接触部に対する摩擦撹拌接合操作を行なうことにより実現されている請求項１に記載のアルミニウムパイプ製フレームの製造方法。
- 接合されるべき前記幾つかの角パイプのうちの一つを、その端面において、他の一つに突き合わせることにより接触させた状態で組み付けて、その接触部に対する摩擦撹拌接合操作を行なう際に、かかる摩擦撹拌接合操作の実施に先立って、該他の一つの角パイプに突き合わされる該一つの角パイプの内部に、該一つの角パイプの厚さ：ｔに対して、板厚：ｗが、次式：ｔ＜ｗ＜１０ｔを満たす寸法とされたアルミニウム製板材を、該一つの角パイプにおける、該摩擦撹拌接合操作により形成される接合部の内側に位置するように、挿入せしめるようにした請求項１又は請求項２に記載のアルミニウムパイプ製フレームの製造方法。
- 前記接触部の少なくとも一部が接合された幾つかの角パイプのそれぞれにおける非接合部分を屈曲せしめた後、かかる屈曲部と、該屈曲部を有する角パイプが接合される他の角パイプとの間の隙間内にビードが充填されるように、それら屈曲部と他の角パイプとを、不活性ガスアーク溶接若しくはレーザー溶接により接合するようにした請求項１乃至請求項３の何れかに記載のアルミニウムパイプ製フレームの製造方法。
- 前記目的とするアルミニウムパイプ製フレームが、自動車用フレームである請求項１乃至請求項４の何れかに記載のアルミニウムパイプ製フレームの製造方法。
- 前記構成部品の複数を形成した後、それら構成部品の複数を互いに接触させた状態で組み付けて、一体的に接合する一方、互いに対向位置せしめられたアルミニウム製の２枚の面板間に、アルミニウム製のコアが少なくとも配置され、且つ少なくとも、それら２枚の面板とコアとが一体的に接合されてなるサンドイッチパネル若しくは押出形材を、該構成部品に接触させた状態で組み付けて、その接触部に対する摩擦撹拌接合操作を行なうことにより、それらサンドイッチパネル若しくは押出形材と該構成部品とを、該接触部の少なくとも一部において一体的に接合するようにした請求項１乃至請求項５の何れかに記載のアルミニウムパイプ製フレームの製造方法。
- 前記構成部品の複数を形成した後、それら構成部品の複数を互いに接触させた状態で組み付けて、一体的に接合する一方、該構成部品を与える前記角パイプとは別のアルミニウム製の角パイプの複数を、それぞれの側面において互いに接触させつつ、幅方向に並列的に並べると共に、それら複数の角パイプのうち、少なくとも、その幅方向の最も外側に位置せしめられる角パイプを該構成部品に接触させた状態で組み付けて、該角パイプの該構成部品との接触部と該角パイプ同士の接触部とに対する摩擦撹拌接合操作をそれぞれ行なうことにより、該複数の角パイプと該構成部品とを、各接触部の少なくとも一部においてそれぞれ一体的に接合するようにした請求項１乃至請求項５の何れかに記載のアルミニウムパイプ製フレームの製造方法。
- 前記構成部品を与える角パイプとは別の複数の角パイプのうちの少なくとも一つが、その内部に、制振材を有して構成されている請求項７に記載のアルミニウムパイプ製フレームの製造方法。
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